[发明专利]燃料电池系统

说明书

技术领域

本发明涉及将比开路端电压低的高电位回避电压作为上限而对燃料电池的输出电压进行运转控制的燃料电池系统。

背景技术

燃料电池组是通过利用电化学过程使燃料氧化并将伴随氧化反应而放出的能量直接转换成电能的发电系统。燃料电池组具有膜-电极组件，其利用由多孔质材料构成的一对电极夹持用于选择性输送氢离子的高分子电解质膜的两侧面而构成。一对电极各自以担载铂类的金属催化剂的碳粉末为主要成分，具有与高分子电解质膜相接的催化剂层、和形成于催化剂层的表面且兼具通气性和电子导电性的气体扩散层。

在WO2002/015316中公开有搭载燃料电池系统作为电力源的燃料电池车辆。搭载于该燃料电池车辆的蓄电装置在由燃料电池组供给的电流比负载要求的电流小时，向负载供给电流，另一方面，对负载回收的再生电力及燃料电池组的发电电力进行蓄电。该公报还公开了下述技术：适当地控制流向燃料电池组及蓄电装置的电流的分配状态，不使蓄电装置的容量增大，而适当地对蓄电装置进行充电。

但是，燃料电池组的输出电压向高电位区域过渡时，担心会促进燃料电池组的老化。这是因为，包含于膜-电极组件的催化剂层的铂催化剂在高电位环境下离子化而溶出。为了避免这样的不良现象，公知有如日本特开2007-109569号公报所公开的那样，以使燃料电池组的输出电压不超过规定的上限电压(以下，称为高电位回避电压)的方式进行发电控制的方法(以下，称为高电位回避控制)。

在具有这种高电位回避控制功能的燃料电池系统中，即使在没有对燃料电池组的发电要求的情况下，也产生高电位回避控制引起的燃料电池组的发电，因此，在怠速停止等的低负载时，电力的去处限定于蓄电装置。鉴于这种情况，一直以来，蓄电装置的充电量超过规定的阈值时，禁止高电位回避控制，使燃料电池组升压至开路端电压，防止蓄电装置的过充电。

专利文献1：WO2002/015316

专利文献2：日本特开2007-109569号公报

但是，将高电位回避电压固定在一定电压时，因高电位回避控制而发出的电力与蓄电装置的充电状态无关，为一定值，因此，假如蓄电装置的充电量在规定的阈值附近时，通过高电位回避控制的实施，蓄电装置的充电量简单地超过规定的阈值。这意味着高电位回避控制从允许状态转移至禁止状态的机会增大，促进了燃料电池组的老化。

发明内容

因此，本发明是鉴于上述的问题而发明的，其课题在于，提出一种尽可能延长高电位回避控制的实施时间的燃料电池系统。

为了解决上述课题，本发明的燃料电池系统，具备：燃料电池，接受反应气体的供给而进行发电；蓄电装置，燃料电池发出的电力的至少一部分充电至该蓄电装置；控制装置，将比燃料电池的开路端电压低的高电位回避电压作为上限而对燃料电池的输出电压进行运转控制；以及高电位回避电压设定装置，根据蓄电装置的充电状态而可变地设定高电位回避电压。

根据蓄电装置的充电状态，可变地设定高电位回避电压，由此，能够可变地调整高电位回避控制时的燃料电池的发电量。这意味着在高电位回避控制时能够根据蓄电装置的充电状态可变地调整充电到蓄电装置的电力量，能够尽可能地延长高电位回避控制的实施时间。

在此，在蓄电装置的充电量少的情况下(或可充电量高的情况下)，即使将高电位回避电压设定为低的电压值，也具有能够将高电位回避控制产生的发电进行蓄电的足够的富余，因此，优选的是，蓄电装置的充电量越少(或可充电量越高)，高电位回避电压设定装置将高电位回避电压设定得越低。由于可将高电位回避电压的目标值设定得较低，所以可抑制燃料电池的老化。与此相反，在蓄电池的充电量多的情况下(或可充电量低的情况下)，没有能够将高电位回避控制产生的发电进行蓄电的足够的富余，因此，在这种情况下，优选将高电位回避电压设定得高，以抑制高电位回避控制产生的发电量。

由高电位回避控制发出的电力不一定全部向蓄电装置充电，也存在由辅机类消耗的情况。即使在蓄电装置的充电量多的情况下(或可充电量低的情况下)，也可预计到辅机类的消耗电力量，因此，优选高电位回避电压设定装置根据辅机类的消耗电力量而变更高电位回避电压。

向蓄电装置充电的电力不一定限于燃料电池的发电电力，例如存在对电动机产生的再生电力进行蓄电的情况。优选高电位回避电压设定装置根据电动机产生的再生电力而变更高电位回避电压。